Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der numerischen Untersuchung reaktiver Kühlfilme unter Berücksichtigung von Flamme-Wand-Interaktionen. Die Betriebsbedingungen innerhalb von Raketenbrennkammern führen zu einer hohen Wärmebelastung der Brennkammerwände. Zur Unterstützung des Kühlsystems können zusätzlich Kühlfilme auf der Brennkammerwand aufgebracht werden, die die Wand vor der heißen Hauptströmung schützen und den heißgasseitigen Wandwärmestrom senken. Turbulente Wirbel können allerdings oxidatorreiches Gemisch oder unvollständig verbrannte Produkte aus der Heißgasströmung in den Brennstoffkühlfilm einmischen und dort lokal in Wandnähe Wärme freisetzen. Zur numerischen Simulation solcher Strömungen wurden Verbrennungsmodelle auf Basis tabellierter Chemie erweitert um nicht-adiabate Effekte aufgrund von Wandwärmeverlusten zu berücksichtigen. In den nachfolgenden numerischen Untersuchungen reaktiver Kühlfilme wurde von den fünf vorgestellten Methoden überwiegend die Frozen-Chemistry-Modellierung genutzt. Der veränderte Wärmeübergang aufgrund chemischer Reaktionen im Kühlfilm wurde mithilfe der Grenzschichttheorie am Beispiel einer Transpirationskühlung hergeleitet. Der Wandwärmestrom wird von der Differenz zwischen heißester Temperatur in der Grenzschicht und der Wandtemperatur getrieben. Der Wärmeübergangskoeffizient in der reaktiven Grenzschicht ist gegenüber dem inerten Fall um den Faktor 1/(1-Zst) erhöht. Dieser Faktor wird durch die Position der maximalen Temperatur in der Grenzschicht bestimmt. Die Beschreibung mithilfe der Grenzschichttheorie ermöglicht eine a-priori-Abschätzung der Erhöhung des Wandwärmestroms aufgrund chemischer Reaktionen im Kühlfilm. Unterschiedliche Filmkühlkonfigurationen, sowohl Transpirations- als auch klassische Filmkühlgeometrien, wurden unter Berücksichtigung wandnaher Wärmefreisetzung mit den entwickelten Simulationswerkzeugen untersucht und, sofern vorhanden, mit experimentellen Daten verglichen. Für die untersuchten Fälle stimmte die a-priori-Abschätzung in Anbetracht der getroffenen Vereinfachungen gut mit experimentellen und numerischen Daten zum Wandwärmestrom überein.    «

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der numerischen Untersuchung reaktiver Kühlfilme unter Berücksichtigung von Flamme-Wand-Interaktionen. Die Betriebsbedingungen innerhalb von Raketenbrennkammern führen zu einer hohen Wärmebelastung der Brennkammerwände. Zur Unterstützung des Kühlsystems können zusätzlich Kühlfilme auf der Brennkammerwand aufgebracht werden, die die Wand vor der heißen Hauptströmung schützen und den heißgasseitigen Wandwärmestrom senken. Turbulente Wirbel können allerd...    »